JP7090057B2 - ランプ加熱装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体材料としてのシリコンウェハ等の被処理物を加熱する熱処理に使用されるランプ加熱装置に関する。

シリコンウェハ等の平板状の被処理物を大気中又は所定雰囲気中で加熱する熱処理には、ハロゲンランプ等の発光体を熱源としたランプ加熱装置が用いられている。ランプ加熱装置は、線状又は球状を呈する発光体を用いて、平板状の被処理物の全体を均一に加熱する必要がある。

例えば、複数の線状発光体を被処理物に平行な平面内に一定の間隔で配置した場合、被処理物の中央部には複数の線状発光体の全てから光が照射されるが、被処理物の端部は一部の線状発光体のみから光が照射される。このため、全ての線状発光体を一定の電力で駆動した場合には、被処理物の中央部が端部よりも高温になる。

そこで、従来のランプ加熱装置として、径の異なる複数の環状ランプのそれぞれを被処理物からの距離が互いに異なる位置に配置する等、発光体の形状や配置を種々工夫したものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２－０７５８９８号公報

しかし、形状の異なる複数の発光体を備えることとすると、発光体の設計が困難で交換作業も煩雑になる。

この発明の目的は、複数の線状発光体を被処理物に対して適正に配置することで、発光体の設計の複雑化や交換作業の煩雑化を伴うことなく平板状の被処理物の全面を均一に加熱することができるランプ加熱装置を提供することにある。

この発明のランプ加熱装置は、平板状の被処理物における互いに平行な第１面及び第２面のそれぞれに複数ずつ対向する線状発光体を備えている。第１面に対向する複数の線状発光体は、第１面に平行な面内で互いに平行に配置され、第１面の端部側に位置するものほど第１面との距離を短くして配置されている。第２面に対向する複数の線状発光体は、第２面に平行な面内で互いに平行、かつ第１面に対向する複数の線状発光体と直交する方向に配置され、第２面の端部側に位置するものほど第２面との距離を短くして配置されている。

この構成によれば、被処理物の側面視において、第１面及び第２面のそれぞれに対向して複数の線状発光体が配置される。第１面に対向する複数の線状発光体は、第１面の端部側に位置するものが中央部に位置するものよりも第１面に近接して配置され、被処理物の側面視において、中央部が第１面から離間する凸状の位置に配置される。第２面に対向する複数の線状発光体は、第２面の端部側に位置するものが中央部に位置するものよりも第２面に近接して配置され、被処理物の側面視において、中央部が第２面から離間する凸状の位置に配置される。

被処理物の第１面及び第２面のそれぞれで、複数の線状発光体の全てから光の照射を受ける中央部では法線方向から光が照射される線状発光体からの距離が相対的に長く、複数の線状発光体の一部のみから光を受ける端部では法線方向から光が照射される線状発光体からの距離が相対的に短くなり、全ての線状発光体を同一の電力で駆動した場合でも、照射光量による中央部と端部との温度差が緩和される。

また、第１面及び第２面に平行な面内で、第１面に対向する複数の線状発光体と第２面に対向する複数の線状発光体とが互いに直交しているため、第１面及び第２面のそれぞれにおいて複数の線状発光体に対する対向角度差による温度ムラが緩和される。

この構成において、被処理物の第１面側及び第２面側に配置される全ての線状発光体を同一形状とすることが好ましい。発光体の設計をより簡略化できる。

また、被処理物の第１面側及び第２面側のそれぞれにおいて、複数の線状発光体のそれぞれの被処理物に対する配置位置は、互いに等しいことが好ましい。被処理物が円形又は正方形である場合に、被処理物の全体の温度を均一化できる。また、第１面側と第２面側とで線状発光体の支持部材を共通化できる。

本発明によれば、発光体の設計の複雑化や交換作業の煩雑化を伴うことなく平板状の被処理物の全面を均一に加熱することができる。

（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施形態に係るランプ加熱装置の概略の平面図及び側面断面図である。 同ランプ加熱装置による被処理物の第１面に対する線状発光体の配置位置及び照射光量を示す図である。

以下に、この発明の実施形態に係るランプ加熱装置について、図面を参照しつつ説明する。

図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、この発明の実施形態に係るランプ加熱装置１０は、ランプハウス１、処理炉２、支持体３、線状発光体４１～４６，５１～５６を備え、被処理物Ｗを所定の温度に加熱する。被処理物Ｗは、正方形の板状を呈する。

ランプハウス１は、断熱性を有する６面体の筐体であり、内部に処理炉２及び線状発光体４１～４６，５１～５６を収納している。なお、図１（Ａ）は、ランプハウス１の上面１１を取り外した状態を示している。

処理炉２は、透光性の材料を素材とする偏平な管体であり、前面側に開口部２１を有し、背面側に管部２２を有している。処理炉２は、ランプハウス１の前面１２の開口１２１からランプハウス１内に挿入され、開口部２１を前面１２から外部に露出させ、管部２２を背面１３の孔部１３１から外部に露出させた状態で、ランプハウス１内に保持される。

支持体３は、透光性を有し、上面に被処理物Ｗを載置した状態で、開口部２１を経由して処理炉２内に出し入れされる。処理炉２内には、管部２２を経由して処理ガスが導入される。

線状発光体４１～４６は、被処理物Ｗの第１面である上面側で、ランプハウス１内における処理炉２の外側に、互いに平行にして配置されている。線状発光体４１～４６は、ランプハウス１の左側面１４と右側面１５とを貫通している。線状発光体５１～５６は、被処理物Ｗの第２面である下面側で、ランプハウス１内における処理炉２の外側に、互いに平行にして配置されている。線状発光体５１～５６は、ランプハウス１の前面１２と背面１３とを貫通している。平面視において、線状発光体５１～５６は、線状発光体４１～４６と直交して配置されている。

合計１２本の線状発光体４１～４６，５１～５６は、全て同一形状のハロゲンランプ等の管状ランプであり、ランプハウス１の外部に露出した一端部側から電力の供給を受ける。例えば、線状発光体４１～４６は左側面１４から露出した端部に電源端子を備え、線状発光体５１～５６は背面１３から露出した端部に電源端子を備えている。

なお、線状発光体４１～４６，５１～５６は、被処理物Ｗに対する照射光量の均一化を図るため、発光長Ｌが被処理物Ｗの一辺の長さであるワークエリアＤよりも２×０．８ｈ（但し、ｈは線状発光体から被処理物Ｗまでの法線方向の高さ）以上長くすることが好ましい。

図２に示すように、線状発光体４１～４３は、矩形の被処理物Ｗの上面ＷＡに対して、それぞれ法線方向について高さｈ１，ｈ２，ｈ３の高さ位置で、それぞれの間に水平方向について距離Ｌ２，Ｌ３の間隔を設けて配置されている。高さｈ１は高さｈ２より長く、高さｈ２は高さｈ３より長くされている。線状発光体４４～４６は、線状発光体４１～４３と左右対称となる位置に配置されている。線状発光体４１と線状発光体４４との間には距離Ｌ２より長い距離Ｌ１の間隔が設けられている。

被処理物Ｗの上面ＷＡの上側に上述のように線状発光体４１～４６を配置することにより、被処理物Ｗの上面ＷＡには図２に示すように、中央部よりも端部近傍の照射光量が高くなるように光が照射される。被処理物Ｗにおける放熱による温度低下は中央部に比較して端部近傍が大きいため、中央部に比較して端部近傍により多くの光を照射することで、被処理物Ｗの上面Ｗ側の温度の均一化を図ることができる。

つまり、被処理物Ｗの加熱状態を確認しつつ、例えば図２に示す光量分布となるように、高さｈ１～ｈ３、並びに距離Ｌ１～Ｌ３を決定する。これによって、線状発光体４１～４６の駆動電力を変化させることなく、被処理物Ｗの上面ＷＡを均一に加熱することができる。

線状発光体５１～５６については、被処理物Ｗを挟んで線状発光体４１～４６と上下対称となる位置から、平面視において線状発光体４１～４６に対して９０度回転させた位置に配置する。線状発光体４１～４６の長手方向と線状発光体５１～５６の長手方向とを直交させることで、被処理物Ｗ全体の温度ムラの発生を緩和できる。

このように、被処理物Ｗの部分的な温度低下に応じて被処理物Ｗからの距離を変化させて線状発光体４１～４６及び線状発光体５１～５６を配置することで、線状発光体４１～４６及び線状発光体５１～５６のそれぞれを同一仕様及び同一駆動量とすることができる。これによって被処理物Ｗの全体を一様な色温度の光で加熱することができ、より高い精度で被処理物Ｗの均熱化を図ることができる。また、線状発光体４１～４６及び線状発光体５１～５６を同一仕様及び同一駆動量とすることで、寿命の均一化を図ることもできる。

なお、線状発光体４１～４６及び線状発光体５１～５６は、複数本ずつ纏めて図示しない単一の支持部材にランプハウス１の外側に露出した部分で固定される。発光寿命の観点から線状発光体４１～４６及び線状発光体５１～５６の全てを一括して交換することが好ましいため、単一の支持部材に複数本の線状発光体を固定することで交換作業が簡略化される。この場合に、線状発光体４１～４６に使用する支持部材と線状発光体５１～５６とは同一形状とすることができるため、線状発光体４１～４６及び線状発光体５１～５６をそれぞれ一体的に支持部材に固定することもできる。

また、処理炉２内を例えば中央部、左部、右部、前部及び後部のように複数のゾーンに分割し、線状発光体４１～４６及び線状発光体５１～５６の発光量をゾーン毎に調整できるようにすることが好ましい。これによって、外的要因による被処理物の部分的な温度差を解消することができる。例えば、処理炉２内に処理ガスを流通させる場合、処理ガスの流入側の温度は流出側の温度よりも低下するが、流入側のゾーンに位置する線状発光体の発光量を流出側のゾーンに位置する線状発光体の発光量よりも大きくすることで、被処理物の均熱化を図ることができる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１－ランプハウス
２－処理炉
４１～４６，５１～５６－線状発光体
１０－ランプ加熱装置

Claims (3)

1. 処理ガスが流入する処理炉の外側に配置され、平板状の被処理物における互いに平行な第１面及び第２面のそれぞれに複数ずつ対向する線状発光体を備え、
   前記第１面に対向する前記複数の線状発光体は、前記第１面に平行で互いに平行に配置され、
   前記第２面に対向する前記複数の線状発光体は、前記第２面に平行で互いに平行、かつ前記第１面に対向する前記複数の線状発光体と直交させて配置され、
   前記第１面に対向する前記複数の線状発光体は、前記第１面に平行且つ互いに平行に配置されるとともに、前記第１面の端部側に位置するものほど第１面との距離である第１の距離が短くなるように配置され、更に、隣接する前記線状発光体どうしの平面視での距離である第２の距離が、前記第１面の端部側に位置するものほど短くなるように配置され、
   前記第１面に対向する前記複数の線状発光体の配置位置が、前記被処理物の前記第１面が均一に加熱されるような位置となるように、前記第１の距離と前記第２の距離の両方が設定されている、ランプ加熱装置において、
   炉内における前記被処理物の前記第１面側の空間または前記第２面側の空間の少なくとも一方は、複数のゾーンに分割され、
   前記複数のゾーンは、前記処理炉において、炉の水平方向における中央部と、中央部以外のその他の部分と、によって構成され、
   外的要因により被処理物の部分的な温度差を生じた場合に、被処理物の均熱化を図るように、前記第１面または前記第２面の少なくとも一方に対向する前記複数の線状発光体の発光量が前記ゾーン毎に調整可能とされている、ランプ加熱装置。
2. 前記複数のゾーンは、前記中央部と、前記水平方向における前記中央部に対する一方側の端部である第１端部と、他方側の端部である第２端部と、によって構成される、
   請求項１に記載のランプ加熱装置。
3. 前記複数のゾーンは、前記第１面側の空間と前記第２面側の空間の両方に設定されており、
   前記第１面側の空間に設定された前記複数のゾーンの並ぶ方向と、前記第２面側の空間に設定された前記複数のゾーンの並ぶ方向と、は直交している、
   請求項１または請求項２に記載のランプ加熱装置。

Images